【導讀】有較高的營養(yǎng)價值和藥用價值，目前廣泛應用于醫(yī)藥、食品、飼料和化妝品等領(lǐng)域。曲色素高產(chǎn)菌株，通過搖瓶篩選和穩(wěn)定性試驗，得到穩(wěn)定性高產(chǎn)紅曲色素的突變菌株。設(shè)計的生產(chǎn)工藝穩(wěn)定、簡便，發(fā)酵后所得的紅曲色素產(chǎn)量達到300g/L。

　　

【正文】 發(fā)酵完畢后發(fā)酵液的總量。忽略發(fā)酵液發(fā)酵前后的體積變化， 紅曲色素的含量 為 300g/L[30]，發(fā)酵液的總體積為： 3402247。300= 中北大學 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 19 頁 共 25 頁 又因為發(fā)酵罐的裝料系數(shù)取為 故需要的總罐體積為： 247。= 本設(shè)計采用的是 400m3 的發(fā)酵罐，故發(fā)酵罐的個數(shù)為： 247。400=38 個 發(fā)酵液組成衡算 400m3 發(fā)酵罐的裝料 系數(shù)為 ，則該罐的裝料為： 400=300m3 因為發(fā)酵培養(yǎng)液的組成 (%)為 ： 大米粉 9%， 豆餅粉 2%， NaNO3 %， KH2P04 %，MgS04 %。 因此，每個罐的 大米粉 用量為： 34021000247。389%=8057kg 400m3 發(fā)酵罐的 豆餅粉 用量： 30421000247。382%=1791kg 400m3 發(fā)酵罐的 NaNO3 用量： 34021000247。38%=179kg 400m3 發(fā)酵罐的 KH2P04 用量： 34021000247。38%= 400m3 發(fā)酵罐的 MgS04 用量： 34021000247。38%=179kg 發(fā)酵罐工藝設(shè)計 發(fā)酵罐中，高徑比為 ，取 H/D=；攪拌器直徑為 1/3 直徑；取 d/D=1/3；檔板為 倍直徑，取 d1/D=；下部攪拌器到底部距離為： B/D=1； S/D=； W/D=1/8 由公式 V=πD2[H+2(hb+D/6)]/4， H=， hb 可忽略 ， V=400m3，代入得 =400，得出： D= H== d=d1== W=B=D= 中北大學 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 20 頁 共 25 頁 S=其中： H：發(fā)酵罐筒身高 D：發(fā)酵罐內(nèi)徑 d：攪拌器直徑 W：檔板 B：下攪拌漿距底部距離 S：兩攪拌漿之間的距離 本發(fā)酵過程中選用機械攪拌式發(fā)酵罐，發(fā)酵罐的攪拌器一般都采用具有圓盤的渦輪攪拌器，攪拌葉的型式由平葉、彎葉、箭葉三種，通常有六個葉片均勻排列 在圓盤上，攪拌葉型的選擇是發(fā)酵罐設(shè)計中的一個關(guān)鍵，我國由于種種原因，普遍采用六彎葉或六箭葉圓盤渦輪式 。 中北大學 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 21 頁 共 25 頁 9 結(jié)果與討論 （ 1） 本設(shè)計利用 從土壤中篩選的紅曲霉菌株 ，經(jīng)過紫外線誘變和 超聲波復合誘變 ，得到的高產(chǎn)紅曲色素的正向突變菌株。 （ 2）對培養(yǎng)基進行優(yōu)化。在紅曲霉發(fā)酵生產(chǎn)紅曲色素中，以乳糖最佳，葡萄糖次之，蔗糖最差。由于乳糖的市場價高于葡萄糖，而乳糖發(fā)酵生產(chǎn)紅曲色素的能力與葡萄糖相比，差異并不顯著，因此碳源我們最終選擇了 7%的葡萄糖；在無機氮源和有機氮源中， NaNO3和蛋白胨累積紅曲色素 的產(chǎn)量最高，因此我們分別選擇 NaNO3作為無機氮源，蛋白胨為有機氮源進行設(shè)計；由于過高的無機離子濃度抑制了菌體的生長，使菌體不能大量生長繁殖而影響了紅曲色素的合成，因此無機離子濃度不易過高。 （ 3）對培養(yǎng)條件的優(yōu)化。 利用紅曲霉發(fā)酵紅曲色素， pH值對紅曲色素尤其重要，因為它直接影響紅曲色素合成酶的酶促反應。由于初始 pH在 OD660為最高和 pH在 最高，說明紅曲霉在酸性條件下能更好的生長；發(fā)酵過程中 pH的控制是通過發(fā)酵罐自動補加磷酸和氨水來實現(xiàn)的。參考搖瓶發(fā)酵實驗結(jié)果初步確定 生長階段 pH控制在 。補料與補料完畢后控制在 ，使紅曲色素能夠更好的積累。 由于紅曲色素合成酶的活性對溫度的變化較為敏感，太高或太低都會影響其合成紅曲色素的能力，同時過高或過低的溫度對菌體的生長也有明顯的影響，因此在發(fā)酵過程中溫度的控制是非常重要的。 由于紅曲霉在溫度為 32℃ 時產(chǎn)紅曲色素的量最高，發(fā)酵溫度低于或高于 32℃都對菌體累積紅曲色素有不利影響，故 32℃ 為最佳溫度 [16]。 本工藝采用 32℃左右的發(fā)酵溫度，該發(fā)酵罐可以自動控制溫度在設(shè)定值。 紅曲霉發(fā)酵屬于液態(tài)深層好氣性發(fā)酵，培養(yǎng)過程中需要用大量無 菌壓縮空氣。而氧在水中的溶存量是微量的，在 20℃下，僅能溶解 ，據(jù) Finn[26]的報道，該值僅能滿足一般濃度的菌體生存 15min，因此發(fā)酵過程中，隨著氧被菌體不斷利用，要連續(xù)通入無菌空氣，氧由氣相溶解到液相，然后經(jīng)過液流傳給細胞壁進入細胞體內(nèi)，以維持菌的生長和目的產(chǎn)物的合成。因此利用紅曲霉生產(chǎn)紅曲色素的過程中，必須在好氧的條件下進行。因此該發(fā)酵工藝對溶氧的控制方案為：在開始培養(yǎng)階段，通過提高轉(zhuǎn)速和通氣控制溶氧；在后期培養(yǎng)補料階段，在保持穩(wěn)定的通氣和攪拌的條件下，通過控制 補料的速度來控制溶氧。 中北大學 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 22 頁 共 25 頁 （ 4）下游加工工藝的優(yōu)化 紅曲色素分為水溶性和醇溶性兩種，發(fā)酵完畢后水溶性紅曲色素為胞外色素，占總發(fā)酵色素的 20%左右，菌絲體內(nèi)的為醇溶性色素，水溶性色素需要經(jīng)過板框壓濾和離心收集濾液，醇溶性需要用 70%~80%的乙醇進行多次抽提，提取完畢后將兩種濾液混合，對酒精進行回收，然后進行噴霧干燥，最后得到干燥粉末狀的紅曲色素。 （ 5）物料衡算結(jié)果 紅曲色素液體發(fā)酵的發(fā)酵周期為 4d，一年的發(fā)酵次數(shù)為 33 次，年產(chǎn) 3 萬噸紅曲色素 共 需要 400m3 的發(fā)酵罐 38 個 ， 每個罐的大米粉用量： 8057kg；豆 餅粉用量： 1791kg；NaNO3 用量： 179kg； MgS04 用量： 179kg； KH2P04 用量： 。發(fā)酵罐內(nèi)的高徑比為 ，發(fā)酵罐筒身高為 ；攪拌器直徑為 。發(fā)酵罐內(nèi)徑為 。 本設(shè)計通過一系列誘變選育出高產(chǎn)菌株、優(yōu)化培養(yǎng)基、把握關(guān)鍵控制點、優(yōu)化下游加工過程，使在 紅曲色素 的效價提高的同時，降低生產(chǎn)成本。勢必加快 紅曲色素 在更多領(lǐng)域的應用。 中北大學 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 23 頁 共 25 頁 參 考 文 獻 [1] 高紅 . 試論紅曲在我國傳統(tǒng)食品和食療保健中的作用．四川食品與發(fā)酵 . 1997, (3): 6~10 [2] 雷萍 , 金宗濂 . 紅曲中生物活性物質(zhì)的研究進展 . 食品工業(yè)科技 , 20xx, 24(9): 86~87 [3] 葛繼志 , 張穎 . 紅曲霉變異株產(chǎn)色素發(fā)酵條件研究 . 生物學雜志 , 1999, (5): 35~37 [4] 趙 欣 樹 , 沈昌 . 紅 曲 色 素 形 成 機 制 及 提 高 其 色 價 的 途 徑 . 食品科 學 , 20xx, 26(7): 256~257 [5] 陳國珍 , 石鶴 , 占玉珍等 . 紅曲霉液體發(fā)酵和紅色素提取的研究 . 調(diào)味副食品科技 . 1982, (3): 17~19 [6] 鄭丹 . 紅曲霉產(chǎn)色素及 Monacolin K的固體發(fā)酵工藝研究 . 西安 : 陜西科技大學 , 20xx [7] 陳義光 , 彭得嬌 , 田宏觀 . 紅曲及紅曲霉的研究應用 . 湖北農(nóng)學院學報 , 20xx, 20(2): 188~190 [8] 姚繼承 , 趙秀舉 . 紅曲色素產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 . 中國食品報 , 20xx, 11: 6~7 [9] 朱文錦 . 紅曲霉產(chǎn)色素及 Monacolin K的固體發(fā)酵工藝研究 . 西安 : 陜西科技大學 , 20xx [10] 黃前 美 , 朱明軍 , 吳振強 . 紅曲霉 液 態(tài)發(fā)酵產(chǎn)紅曲色素研究進展 . 安徽農(nóng)業(yè)科學 , 20xx, 39(1) : 241~243, 246 [11] 劉璽 , 周衛(wèi)兵 , 高孔榮 . 紅曲色素高產(chǎn)菌株發(fā)酵特性的研究 . 1996, 17(3): 6~9 [12] 賴建平 , 羅軍 . 紅曲色素生產(chǎn)菌的誘變篩選與培養(yǎng) . 廣州大學報綜合版 . 20xx, 14(3): 43~47 [13] 梁智嫦 . 高色價高穩(wěn)定性紅曲霉菌種的選育 . 食品科技 . 20xx, (5): 35~37 [14] 印紅 . 空間飛行對紅曲霉菌 產(chǎn)量的影響 . 航天醫(yī)學與醫(yī)學程 . 20xx, (10), 375~378 [15] 單成雙 . 從日本專利所見的食用天然色素 . 食品科學 , 1983, (7): 34~ 38 [16] Martinkova. 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